В первых двух частях серий статей по обучению автодиагностики с 0 мы выяснили, что в двигателе внутреннего сгорания происходят физико-химические преобразования внутренней энергии топлива в механическое движение. Разобрались с основной терминологией, которая пригодится нам в дальнейшем. Поняли принцип строение и основные классификации двигателя внутреннего сгорания.
Работа ДВС - это комплекс сложных физико-химических, термодинамических и газодинамических процессов. Они повторяются при работе двигателя и составляют рабочий цикла, самое важное понятие в работе двигателя внутреннего сгорания.
Рабочий цикл - это совокупность последовательных периодически повторяющихся процессов, в результате которых теплота от сгорания топлива преобразуется в механическую работу.
Рабочий ход состоит из 4 тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Он занимает 2 оборота коленчатого вала или 720°. Можно было бы предположить что на один такт работы двигателя приходится 180° оборота коленчатого вала, однако так выглядит работа идеального двигателя. В реальном двигателе динамика движения газов имеет крайне сложную векторную схему. Продолжительность рабочих тактов зависит от открытия и закрытия клапанов.
Такт впуска.
Поршень движется вниз, освобождается свободное пространство в цилиндре, давление в не становится 0,1-0,3 бар ниже атмосферного давления. В цилиндр поступает воздух. В результате подачи топлива образуется топливовоздушная смесь.
Далее горючая смесь перемешивается с отработанными газами, оставшимися после преведущего цикла. Образуется рабочая смесь.
Важный момент, чтобы в цилиндр попало как можно больше воздуха впускной клапан открывается перед верхней мертвой точкой и закрывается только по достижении нижней мертвой точки. Чуть позже мы рассмотрим газообмен более подробно. Пока нужно понимать, что впускной клапан открыт больше чем пол оборота коленчатого вала.
Такт сжатия
Когда поршень от нижней мертвой точки поднимается вверх рабочая смесь сжимается в несколько раз. Газы внутри цилиндра нагреваются примерно до 450°С. Как сжатие, так и рост температуры приводят к повышению давления. В Верхней мертвой точке оно достигает своего максимального значения приблизительно в 18 бар. Высокая температура способствует тщательному перемешиванию топливно воздушной смести что повышает ее качество. Продолжительность такта сжатия занимает менее 1 полуробота коленчатого вала.
Такт рабочего хода.
В определенный момент между электродами свечи зажигания возникает свеча и начинается процесс горения топливной смеси. Смесь полностью сгорает за 0,001 секунду. В процессе сгорания топлива освобождается большое количество тепловой энергии, которая нагревает стенки цилиндра. Это тепло отводит система охлаждения.
В процессе сгорания топлива давление повышается и при полном сгорании достигает отметки от 30-60 бар. Так как время сгорания топлива — это неизменная величина, а скорость вращения коленчатого вала меняется существует такое понятие как угол опережения зажигания.
Угол опережения зажигания — это угол перед верхний мертвой точкой при котором между электродами свечи возникает искра. Он находится в диапазоне от 0 до 40 градусов перед верхней мертвой точкой.
Температура горения топливной смеси достигает 2500 градусов. Давление расширяющихся газов воздействует на поршень, и он движется к нижней мертвой точке.
Такт выпуска.
в момент открытия выпускного клапана отработанные газы внутри цилиндра находятся под давлением. Их температура колеблется в районе 900°с. Они покидают цилиндр, а их остатки выталкивает поршень при движении вверх. Чтобы повысить качество топливовоздушной смеси в будущих циклах выпускной клапан закрывают только после ВМТ. В связи с этим впускной и выпускной клапан некоторое время открыты одновременно. Этот период называют перекрытием клапанов. Отработанные газы покидая камеру сгорания через выпускной клапан создают отрицательное давление, которые втягивает новую топливную смесь внутрь цилиндра.
Мы рассмотрели такты работы бензинового двигателя. Теперь перейдем к работе дизельного двигателя.
Как и в бензиновом двигателе в дизельном отличаю 4 такта за 2 оборота коленчатого вала.
Такт впуска
Поршень идет вниз, увеличивая свободный объем цилиндра. Давление становится равным 0,1-0,3 бара. Под действием разницы атмосферного давления и давления внутри цилиндра воздух попадает внутрь цилиндра. Дроссельная заслонка на дизельном двигателе отсутствует, поэтому процесс впуска идет беспрепятственно чтобы в цилиндре оказалось как можно больше воздуха впускной клапан открывают до ВМТ и закрывают в момент достижения НМТ. Воздух поступивший внутрь цилиндра нагревается от 70-100°С.
Такт сжатия
Во время движения поршня вверх воздух сжимается в 14-24 раза и разогревается практически до 900°С. Давление возрастает до 30-56 бар. Во время такта сжатия оба клапана: впускной и выпускной закрыты.
Такт рабочего хода.
В конце такта сжатия перед ВМТ в камеру сгорания впрыскивается под давлением в 2000 бар мелкораспыленное дизельное топливо. Из-за высокой температуры топливо испаряется и смешивается с воздухом.
Так как температура возгорания дизельного топлива 320-380°Cв цилиндре происходит самовоспламенение дизельного топлива без участия системы зажигания. При сгорании топлива давление возрастает до значений в 160 бар и воздействует на поршень, который устремляется к нижней мертвой точке.
Такт выпуска.
При угле поворота коленчатого вала 30-60° до НМТ клапан выпускной клапан открывается. Давление в цилиндре при это колеблется от 4-6 бар. Основная масса отработанных газов покидает цилиндр. Их температура редко превышает значений в 750°, что заметно ниже чем в бензиновых двигателях, в связи с этим КПД дизельных двигателях несколько выше, а тепловые потери ниже.
При движении поршня вверх остатки отработанных газов покидают цилиндр. Выпускной клапан закрывается незадолго до ВМТ или чуть позднее.
И так мы плавно подошли к основным характеристикам двигателя внутреннего сгорания.
Основными характеристиками двигателей внутреннего сгорания являются мощность и крутящий момент.
Крутящий момент — это характеристика силы при вращении. При одинаковой силе воздействия крутящий момент может меняться. Измеряется в (Нм).
Мощность двигателя показывает какую работу он совершает за единицу времени. Измеряется в кВт или в лошадиных силах.
Одна лошадиная сила соответствует перемещению груза весом 75 килограмм на высоту 1 метр за 1 секунду.
Крутящий момент зависит от многих параметров: давления внутри цилиндра, площади поршня, радиуса кривошипа и т.д.Так как с изменением частоты вращения меняются параметры газораспределения, меняется и крутящий момент.
Развиваемая двигателем мощность считается по формуле:
P = M x 0.1047 x n
Изходя из формулы мощность двигателя и крутящий момент зависит от скорости вращения коленчатого вала.
Скорость и момент — это взаимосвязанные величины. Мощность — это момент, умноженный на обороты.